KR20050071093A

KR20050071093A - Automobile turbo charger using heat pipe shaft

Info

Publication number: KR20050071093A
Application number: KR1020030101938A
Authority: KR
Inventors: 이창호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2005-07-07

Abstract

본 발명은 자동차용 터보차저에 관한 것으로서, 히트파이프를 컴프레서와 터빈을 연결하는 터보차저 축으로 사용하되, 상기 히트파이프에서 흡열이 이루어지는 증발부를 컴프레서에 접촉 및 결합시키고, 발열이 이루어지는 반대쪽 응축부를 센터 하우징 내 냉각용 오일의 순환부에 위치시켜, 상기 히트파이프가 컴프레서를 매개로 컴프레서 하우징 내 압축공기의 열을 전달받아 오일순환부로 이동시키는 강제 열전달 매개체 역할을 수행하도록 구성됨으로써, 압축공기의 냉각에 의한 엔진 흡입공기의 온도 저하을 이룰 수 있고, 이에 엔진에서의 충전효율이 개선될 수 있으며, 노킹 발생 억제 및 엔진 출력 향상, 흡입공기 온도 저하에 따른 매연 발생량 저감 등의 효과를 가지는 히트파이프 축을 이용한 자동차용 터보차저에 관한 것이다.The present invention relates to a turbocharger for an automobile, wherein a heat pipe is used as a turbocharger shaft connecting a compressor and a turbine, and the heat condensation unit which contacts and couples an evaporation unit that absorbs heat in the heat pipe to the compressor and generates heat is centered. Located in the circulation portion of the cooling oil in the housing, the heat pipe is configured to serve as a forced heat transfer medium for receiving the heat of the compressed air in the compressor housing through the compressor to move to the oil circulation portion, thereby cooling the compressed air. The temperature of the engine intake air can be reduced, and thus, the charging efficiency in the engine can be improved, and the automobile using the heat pipe shaft having the effects of suppressing knocking and improving engine power and reducing the amount of smoke generated by the intake air temperature decrease. It relates to a turbocharger.

Description

Automotive turbo charger using heat pipe shaft

일반적으로 엔진의 배기량을 크게 하면 엔진의 출력도 커진다.In general, increasing the engine displacement increases the engine output.

그러나, 배기량이 작은 소형 엔진이나 동일한 배기량의 엔진이라도 출력을 향상시키기 위해서는 되도록 많은 양의 공기가 실린더에 흡입되도록 해야 한다. However, even in a small engine with a small displacement or an engine of the same displacement, a large amount of air should be sucked into the cylinder as much as possible to improve output.

이렇게 실린더에 대한 흡입공기량을 늘려 엔진의 출력을 높이는 것을 과급이라 한다.To increase the engine output by increasing the amount of intake air to the cylinder is called supercharging.

이와 같이 자동차에서 실린더의 흡입공기량을 늘리는 과급을 행하여 엔진의 출력을 높여주는 장치가 바로 도 1에 도시한 바와 같은 터보차저(Turbo Charger; 1)이다. The turbocharger 1 shown in FIG. 1 is a device that boosts the output of the engine by charging the cylinder to increase the intake air amount of the cylinder.

이 터보차저(1)는 배기가스로 터빈(2)을 돌리고 이 터빈(2)이 동일 축(4)상의 컴프레서(3)를 고속 구동시켜 흡입공기를 압축 후 공급함으로써, 규정된 양 이상의 공기가 연소실(7) 내로 과급되도록 한다. The turbocharger 1 rotates the turbine 2 with exhaust gas, and the turbine 2 drives the compressor 3 on the same shaft 4 at high speed to compress and supply the intake air so that air of a predetermined amount or more can be supplied. Supercharge into the combustion chamber (7).

이러한 터보차저(1)를 이용하여 과급하면 배기량이 같은 엔진에서도 다량의 공기를 충전할 수 있고, 이때 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.If the turbocharger 1 is used to supercharge, a large amount of air can be filled even in an engine having the same displacement, and in this case, an increase in the injection amount of fuel can improve the output of the engine.

한편, 컴프레서(3)에 의해 과급되는 흡기의 온도를 낮추어 충전효율을 향상시키는 것이 바로 인터쿨러(Inter Cooler; 5)이다.On the other hand, it is the Inter Cooler 5 that lowers the temperature of the intake air charged by the compressor 3 and improves the charging efficiency.

통상의 디젤엔진 탑재 차량에서 인터쿨러(5)는 크게 차량의 상부에 위치하여 별도의 에어 가이드를 설치한 방식과, 차량의 휀더 안에 장착하여 외부에서 구별이 불가능하도록 설치한 방식과, 그리고 라디에이터 하부에 에어 댐 형태로 설치하는 방식 등 세가지로 대별된다. In a typical diesel engine-mounted vehicle, the intercooler 5 is largely located at the top of the vehicle, and a separate air guide is installed, mounted in the vehicle's fender so that it is not distinguishable from the outside, and under the radiator. It is divided into three types such as an air dam type.

인터쿨러(1)는 이미 널리 알려진 바와 같이 터보차저가 장착된 차량에서 흡기온 상승으로 인한 충전효율의 저하를 방지하기 위하여 컴프레서(3)를 통과하여 압축된 공기를 냉각시키고자 하는 목적으로 장착된다.As is well known, the intercooler 1 is mounted for the purpose of cooling the compressed air passing through the compressor 3 in order to prevent a decrease in the charging efficiency due to an increase in intake temperature in a vehicle equipped with a turbocharger.

전술한 바와 같이 배기가스의 에너지를 이용하는 터빈(2)이 컴프레서(3)의 임펠러(3a)를 회전시키게 되며, 이때 압축된 공기는 이후 인터쿨러(5)를 통과하면서 냉각되고, 이렇게 냉각된 공기가 흡기 다기관(6)을 통해 엔진의 연소실(7)로 유입되는 바, 냉각된 공기에 의해 체적효율이 증대되며, 이로 인해 엔진의 BMEP(제동 평균유효력) 증가를 가져오게 되면서 결과적으로는 엔진의 토크(회전력)를 증대시키게 된다.As described above, the turbine 2 utilizing the energy of the exhaust gas rotates the impeller 3a of the compressor 3, where the compressed air is then cooled while passing through the intercooler 5, and the air thus cooled is The inlet manifold (6) enters the engine's combustion chamber (7), which increases the volumetric efficiency of the cooled air, which results in an increase in the engine's BMEP (Brake Average Effective Power). It increases torque (rotational power).

이와 같이 인터쿨러를 사용하여 흡입공기를 냉각시키는 경우에 있어서, 각각의 적용효과, 즉 냉각성능은 인터쿨러 단품의 장착위치, 방열면적, 통기저항 등의 요인에 의해 많은 영향을 받게 된다.In the case of cooling the intake air using the intercooler as described above, the respective application effects, that is, the cooling performance, are greatly influenced by factors such as the mounting position of the intercooler unit, heat dissipation area, and ventilation resistance.

즉, 장착위치는 최대한 외부의 차가운 공기에 노출되어 있어야 하고, 주위로 공기의 흐름을 방해하는 요소가 없어야 하며, 인터쿨러의 방열면적을 최대한으로 증가시켜 효율을 증대시키는 것이 필요하다.In other words, the mounting position should be exposed to the outside cold air as much as possible, there should be no elements that hinder the flow of air to the surroundings, and it is necessary to increase the heat dissipation area of the intercooler to the maximum to increase the efficiency.

그러나, 실제 차량에 적용하는 경우에는 좁은 공간에 패키징하는 문제가 있기 때문에 원하는 수준의 인터쿨러 효율을 달성하는 것은 매우 어렵다.However, when applied to an actual vehicle, there is a problem of packaging in a narrow space, so it is very difficult to achieve a desired level of intercooler efficiency.

통상, 디젤엔진에서 인터쿨러의 효율이 저하되는 경우 엔진 회전력이 감소하고 매연 배출이 급격히 증가하는 바, 디젤 차량의 성능을 최대한 유지시키기 위해서는 인터쿨러의 효율을 향상시키는 것이 매우 중요한 요소가 된다.In general, when the efficiency of the intercooler decreases in a diesel engine, the engine rotational force decreases and the exhaust emissions increase rapidly. Therefore, in order to maintain the performance of a diesel vehicle, it is very important to improve the efficiency of the intercooler.

그러나, 차량이 저속으로 주행하는 경우에는 아무리 인터쿨러의 위치가 좋다 하더라도 효율 저하를 피할 수 없는 치명적인 한계를 가지고 있는 바, 예를 들면 여름철에 디젤 차량이 저속으로 등판로를 주행하는 경우 외기온도가 높고 인터쿨러의 효율이 저하되어 매연 배출이 상당히 심각한 수준에 이르게 된다.However, when the vehicle is traveling at a low speed, however, even if the position of the intercooler is good, there is a fatal limitation that the efficiency is inevitable. For example, when the diesel vehicle is traveling at the low speed in summer, the outside temperature is high. The efficiency of the intercooler is reduced, leading to a significant level of soot emissions.

이에, 터보차저의 컴프레서에 의해 단열 압축되면서 이루어지는 엔진 흡입공기의 온도 상승을 최대한 억제하고, 이를 통하여 엔진에서의 충전효율을 개선시키기 위한 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is an urgent need for a method for restraining the temperature rise of the engine intake air made by adiabatic compression by the compressor of the turbocharger, thereby improving the charging efficiency in the engine.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 자동차용 터보차저에 관한 것으로서, 히트파이프를 컴프레서와 터빈을 연결하는 터보차저 축으로 사용하되, 상기 히트파이프에서 흡열이 이루어지는 증발부를 컴프레서에 접촉 및 결합시키고, 발열이 이루어지는 반대쪽 응축부를 센터 하우징 내 냉각용 오일의 순환부에 위치시켜, 상기 히트파이프가 컴프레서를 매개로 컴프레서 하우징 내 압축공기의 열을 전달받아 오일순환부로 이동시키는 강제 열전달 매개체 역할을 수행하도록 구성됨으로써, 압축공기의 냉각에 의한 엔진 흡입공기의 온도 저하을 이룰 수 있고, 이에 엔진에서의 충전효율이 개선될 수 있으며, 노킹 발생 억제 및 엔진 출력 향상, 흡입공기 온도 저하에 따른 매연 발생량 저감 등의 효과를 가지는 히트파이프 축을 이용한 자동차용 터보차저를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, and relates to a turbocharger for automobiles, wherein the heat pipe is used as a turbocharger shaft connecting the compressor and the turbine, and the endotherm is endothermic in the heat pipe. The condenser on the opposite side where heat is generated is placed in the circulation portion of the cooling oil in the center housing so that the heat pipe receives the heat of the compressed air in the compressor housing through the compressor and moves it to the oil circulation portion. By being configured to act as a heat transfer medium, it is possible to achieve a temperature drop of the engine intake air by cooling the compressed air, thereby improving the charging efficiency in the engine, and to suppress knocking occurrence and improve the engine output, and reduce the intake air temperature. Heat wave having the effect of reducing the amount of smoke To provide the car with a turbocharger program for axis has its purpose.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은, 하우징 내에 배기가스에 의해 회전되는 터빈과, 이 터빈의 회전력을 터보차저 축을 통해 전달받아 고속 회전되면서 공기를 흡입 및 압축하여 과급하는 컴프레서가 설치되어 이루어진 자동차용 터보차저에 있어서, The present invention provides a turbocharger for a vehicle in which a turbine rotated by exhaust gas in a housing and a compressor that receives the rotational force of the turbine through a turbocharger shaft and sucks and compresses air while being rotated at high speed are installed.

상기 터보차저 축을 컴프레서측 축과 터빈측 축으로 분리 구성하되, 컴프레서측 축을 히트파이프로 구성하고, 이 히트파이프를 상기 터빈측 축과 동일 축선 상에서 일체로 회전 가능하게 축 결합하여 구성한 것을 특징으로 한다.The turbocharger shaft is divided into a compressor side shaft and a turbine side shaft, and the compressor side shaft is constituted by a heat pipe, and the heat pipe is axially coupled to the turbine side shaft so as to be integrally rotatable. .

특히, 상기 히트파이프는, 흡열작용이 이루어지는 일단의 증발부가 컴프레서 휠에 고정되고, 발열작용이 이루어지는 그 타단의 응축부를 센터 하우징 내 오일이 순환하는 지점에서 상기 터빈측 축과 축 결합되는 것을 특징으로 한다.In particular, the heat pipe is characterized in that the end of the end of the end of the evaporator is fixed to the compressor wheel, the condensation of the other end of the exothermic action is axially coupled to the turbine side shaft at the point where the oil in the center housing circulates do.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 터보차저를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a turbocharger for an automobile according to the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 도면 우측의 터빈 하우징(110) 내부에는 다수개의 날개(112b)를 가지면서 반대쪽의 컴프레서(121)와 축 연결된 터빈(111)이 내장되며, 이 터빈(111)은 원주방향쪽으로 위치되는 터빈 하우징 유입구(110a)를 통해 들어온 배기가스에 의해 회전되는 바, 이 터빈(111)을 회전시킨 배기가스는 터빈 하우징(110)의 중앙쪽 출구(110b)를 통해 배기계통으로 배출된다. As shown in the drawing, a turbine 111 having a plurality of blades 112b and axially connected to an opposite compressor 121 is built in the turbine housing 110 on the right side of the drawing, and the turbine 111 has a circumferential direction. It is rotated by the exhaust gas introduced through the turbine housing inlet 110a positioned toward the exhaust gas, and the exhaust gas rotated by the turbine 111 is discharged to the exhaust system through the central outlet 110b of the turbine housing 110. .

또한, 도면 좌측의 컴프레서 하우징(120) 내부에는 역시 다수개의 날개(122b)를 가지면서 상기 터빈(111)과 축 연결된 컴프레서(121)가 내장되며, 이 컴프레서(121)는 배기가스에 의해 회전되는 터빈(111)의 회전력을 상기 축(130)을 통해 전달받아 고속 회전된다.In addition, a compressor 121 is axially connected to the turbine 111 while having a plurality of vanes 122b in the compressor housing 120 at the left side of the drawing, and the compressor 121 is rotated by exhaust gas. The high speed of the turbine 111 is transmitted through the shaft 130.

이때, 상기 컴프레서(121)는 컴프레서 하우징(120)의 중앙쪽 유입구를 통해 공기를 흡입하여 압축한 후 원주방향쪽으로 위치되는 컴프레서 하우징 출구(120b) 및 별도 통로(101)를 통해 인터쿨러로 보내게 된다.At this time, the compressor 121 sucks air through the central inlet of the compressor housing 120 and compresses the air, and then sends the compressor 121 to the intercooler through the compressor housing outlet 120b and the separate passage 101 located in the circumferential direction. .

도 1에서 도면부호 113은 터빈 하우징(110) 내 배가가스 공간을 완전 밀폐하는 터빈 시일(113)을 나타내며, 도면부호 123은 컴프레서 백 플레이트(120a)에서 축(130)이 관통하는 부분에 설치되어 컴프레서 하우징(120) 내부공간, 즉 흡기공간을 완전 밀폐하는 컴프레서 시일(seal)을 나타낸다.In FIG. 1, reference numeral 113 denotes a turbine seal 113 for completely enclosing the exhaust gas space in the turbine housing 110, and reference numeral 123 is installed at a portion through which the shaft 130 penetrates in the compressor back plate 120a. A compressor seal for completely enclosing the internal space of the compressor housing 120, that is, the intake air space is shown.

또한, 도면부호 141과 142는 각각 원활한 축 회전을 위해 축(130) 주변으로 설치되는 스러스트 베어링과 저널 베어링을 나타낸다.Also, reference numerals 141 and 142 denote thrust bearings and journal bearings that are installed around the shaft 130 for smooth shaft rotation, respectively.

또한, 초고속으로 회전하는 상기 축(130)을 지지하는 베어링부는 반드시 엔진 오일로써 냉각하게 되어 있으며, 이러한 냉각이 이루어지지 않으면 베어링부의 온도가 높아져 터보차저(100)가 작동할 수 없게 된다. In addition, the bearing portion supporting the shaft 130 that rotates at high speed is necessarily cooled by the engine oil, and if the cooling is not performed, the temperature of the bearing portion is increased, and the turbocharger 100 cannot operate.

따라서, 통상의 터보차저에서는 센터 하우징(140)에 형성된 오일통로(143)를 통해 센터 하우징(140)을 관통하는 축(130)과 그 주변의 베어링부로 냉각을 위한 오일이 공급되도록 되어 있으며, 축(130)과 베어링부 주변을 지나 냉각작용을 수행한 오일은 센터 하우징(140) 하부로 형성된 별도의 배출통로(145)를 통해 외부로 배출되도록 되어 있다.Therefore, in the conventional turbocharger, the oil for cooling is supplied to the shaft 130 penetrating through the center housing 140 and the bearing unit around the shaft 130 through the oil passage 143 formed in the center housing 140. The oil, which has been cooled through the surroundings of the 130 and the bearing part, is discharged to the outside through a separate discharge passage 145 formed under the center housing 140.

이러한 터보차저(100)에서는 컴프레서(121)에서 공기를 압축하면 단열 압축에 의해 엔진 흡입공기의 온도가 상승하고, 이 때문에 엔진에서의 충전효율이 저하됨과 동시에 가솔린 엔진에서는 혼합기의 온도가 상승하여 노킹이 발생되기 쉽게 된다.In such a turbocharger 100, when the air is compressed by the compressor 121, the temperature of the engine intake air is increased by adiabatic compression. Therefore, the charging efficiency in the engine is lowered, and in the gasoline engine, the temperature of the mixer is raised and knocked. This is likely to occur.

따라서, 터보차저 인터쿨러 엔진에서는 컴프레서(121)에 의해 압축된 공기를 인터쿨러로 통과시켜 냉각시킨 후 연소실로 공급하는 바, 인터쿨러에 의해 흡입공기의 온도를 저하시키고, 이를 통해 충전효율을 상승시키면서 노킹도 억제하여 엔진의 출력 증대를 꾀하게 된다. Therefore, in the turbocharger intercooler engine, the air compressed by the compressor 121 is passed through the intercooler, cooled, and then supplied to the combustion chamber. The intercooler lowers the temperature of the intake air, thereby increasing the charging efficiency while knocking. By suppressing, the output of the engine is increased.

한편, 단열 압축에 의한 엔진 흡입공기의 온도 상승을 최대한 억제하기 위하여, 본 발명에 따른 터보차저(100)에서는 컴프레서(121)에서 압축된 공기를 냉각시키는 인터쿨러의 냉각작용과는 별도로 컴프레서(121)와 터빈(111)간 동력전달을 담당하는 터보차저 축(130)이 흡입공기의 냉각작용을 수행하는 구조를 가진다.On the other hand, in order to suppress the temperature rise of the engine intake air by adiabatic compression to the maximum, in the turbocharger 100 according to the present invention, the compressor 121 separately from the cooling action of the intercooler to cool the air compressed by the compressor 121. And a turbocharger shaft 130 that is responsible for power transmission between the turbine 111 has a structure for performing the cooling operation of the intake air.

좀 더 상세히 설명하면, 양 단부가 컴프레서 휠(122a)와 터빈 휠(112a)에 각각 일체로 고정 결합되어 컴프레서(121)와 터빈(111)간 동력전달을 담당하는 터보차저 축(130)을 컴프레서측 축과 터빈측 축으로 분리 구성하되, 컴프레서측 축을 히트파이프(131)로 구성하고, 터빈측 축을 종래와 같은 통상의 축(132)으로 구성하여, 상기 두 축을 동일 축선 상에서 일체로 회전 가능하게 축 결합하여 구성한다. In more detail, both ends are fixedly coupled to the compressor wheel 122a and the turbine wheel 112a, respectively, to compress the turbocharger shaft 130 that is responsible for power transmission between the compressor 121 and the turbine 111. The shaft is separated into a side shaft and a turbine side shaft, and the compressor side shaft is constituted by a heat pipe 131, and the turbine side shaft is constituted by a conventional shaft 132 as in the prior art, so that the two shafts can be integrally rotated on the same axis. Combining the shaft

여기서, 컴프레서측 축에 해당하는 히트파이프(131)는 흡열작용이 이루어지는 일단의 증발부(131a)를 컴프레서 휠(122a)에 고정하고, 발열작용이 이루어지는 그 타단의 응축부(131b)를 센터 하우징(140) 내 오일이 순환하는 지점에서 터빈측 축(132)과 축 결합한다.Here, the heat pipe 131 corresponding to the compressor side shaft fixes the one end evaporator 131a to which the endothermic action is performed to the compressor wheel 122a, and the condensing part 131b at the other end of the heat generating action to the center housing. Coupling with the turbine side shaft 132 at the point where the oil in the 140 circulates.

주지된 바와 같이, 히트파이프는(heat pipe; 131)는 자기증발, 온도차 등의 열적 불균형으로 인하여 형성되는 유체의 밀도차 및 모세관 압력에 의해 유체유동이 이루어지는 열전달 요소를 말한다. As is well known, the heat pipe 131 refers to a heat transfer element in which fluid flow is caused by a density difference and capillary pressure of a fluid formed due to thermal imbalance such as evaporation and temperature difference.

본 발명의 작용을 명확히 하기 위하여, 이러한 히트파이프에 대해 간단히 설명하면, 히트파이프는 내부에 작동유체를 넣고 진공상태로 밀봉 처리한 관으로서, 일단의 응축부(condensor)와 타단의 증발부(evaporator), 이들을 연결하는 단열부(adiabatic)로 구분되며, 상기 증발부쪽으로 열이 공급되면, 증발부의 작동유체가 기체로 증발하여 단열부를 통해 응축부쪽으로 이동하고 그 지점에서 액체로 응축되면서 잠열을 외부로 방출한 후 모세관 현상에 의해 다시 증발부로 순환하며, 이러한 과정을 반복하여 증발부쪽에서 계속 열을 받아 응축부쪽으로 전달하도록 되어 있다.In order to clarify the operation of the present invention, the heat pipe is briefly described. The heat pipe is a tube in which a working fluid is placed inside and sealed in a vacuum state, and a condenser at one end and an evaporator at the other end. When the heat is supplied to the evaporator, the working fluid of the evaporator evaporates to a gas, moves to the condenser through the adiabatic unit, and condenses into liquid at that point. After releasing to circulate back to the evaporator by the capillary phenomenon, this process is repeated to continue to receive heat from the evaporator side to transfer to the condensation unit.

여기서, 증발부에서 작동유체가 증발하면서 흡열작용이 이루어지고, 증발부 내에서 증발된 작동유체는 압력구배에 의해 반대쪽 응축부로 이동하게 된다.Here, the working fluid evaporates in the evaporator, and endothermic action is performed, and the working fluid evaporated in the evaporator moves to the opposite condenser by a pressure gradient.

히트파이프의 내벽에는 작동유체에 대한 모세관 압력을 촉진시킬 수 있도록 다공성 윅(Wick)이 설치되어 있으며, 이 윅은 밀폐관 내 작동유체를 응축부로부터 증발부로 원활히 리턴시키기 위한 모세관 현상을 유발하기 위한 수단으로 작용한다. The inner wall of the heat pipe is provided with a porous wick to promote the capillary pressure on the working fluid. The wick is used to induce a capillary phenomenon to smoothly return the working fluid in the sealed tube from the condenser to the evaporator. It acts as a means.

상기 응축축부에서 응축된 작동유체는 이 윅을 따라 증발부로 이동하게 된다. The working fluid condensed in the condensation shaft part is moved to the evaporator along this wick.

이와 같은 히트파이프(131)의 증발부(131a)를 컴프레서 휠(122a)에 고정하고 반대쪽 응축부(131b)를 오일이 순환되어지는 지점(144)에 위치시키게 되면, 증발부(131a)에서는 흡열작용에 의해 열교환 대상물인 컴프레서 휠(122a)로부터 열을 받아 내부의 작동유체로 전달하게 되고, 이 작동유체에 의해 응축부(131b)로 강제 이동된 열은 응축부(131b)에서 센터 하우징(140) 내부를 순환하는 오일로 방출된다.When the evaporator 131a of the heat pipe 131 is fixed to the compressor wheel 122a and the opposite condenser 131b is positioned at the point 144 where the oil is circulated, the heat absorber 131a absorbs heat. The heat is transferred from the compressor wheel 122a, which is a heat exchange object, to the internal working fluid. The heat forced to the condenser 131b by the working fluid is transferred to the center housing 140 by the condenser 131b. ) Is released as oil circulating inside.

즉, 본 발명에서 히트파이프(131)는 컴프레서(121)에 의해 압축되는 흡입공기의 열을 받아 센터 하우징(140) 내부를 순환하는 냉각용 오일로 전달하는 바, 이때 컴프레서(121)의 날개(122b)가 냉각핀의 역할을 하게 되고, 이에 컴프레서 하우징(120)의 유입구로 들어온 공기가 컴프레서(121)를 지나면서 압축은 되나 히트파이프(131)에 의한 냉각작용으로 그 온도 상승은 억제된다.That is, in the present invention, the heat pipe 131 receives the heat of the intake air compressed by the compressor 121 and delivers the heat to the cooling oil circulating in the center housing 140. In this case, the wing of the compressor 121 ( 122b) serves as a cooling fin, and the air entering the inlet of the compressor housing 120 is compressed while passing through the compressor 121, but the temperature rise is suppressed by the cooling action by the heat pipe 131.

상기와 같이 온도 저하된 과급 공기는 인터쿨러를 통과하면서 온도가 더욱 낮아지므로 최종적으로 엔진으로 흡입되는 공기의 온도는 종래에 비해 크게 낮아진다.As the temperature of the charged air is lowered as described above, the temperature is further lowered while passing through the intercooler, and thus the temperature of air finally drawn into the engine is significantly lower than in the related art.

이와 같이 하여, 상술한 바와 같이 히트파이프를 컴프레서와 터빈을 연결하는 터보차저 축으로 사용하게 되면, 히트파이프가 컴프레서를 매개로 컴프레서 하우징 내 압축공기의 열을 전달받아 오일순환부로 이동시키는 강제 열전달 매개체 역할을 수행하는 바, 엔진 흡입공기의 온도 저하를 이룰 수 있고, 이에 엔진에서의 충전효율이 개선될 수 있으며, 노킹 발생 억제 및 엔진 출력 향상, 매연 발생량 저감의 효과가 있게 된다. As described above, when the heat pipe is used as a turbocharger shaft connecting the compressor and the turbine as described above, the heat pipe is a forced heat transfer medium that transfers heat from the compressed air in the compressor housing to the oil circulating unit through the compressor. As it plays a role, the temperature of the engine intake air can be lowered, and thus the charging efficiency in the engine can be improved, and the effects of suppressing knocking and improving engine power and reducing smoke generation are reduced.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 히트파이프 축을 이용한 터보차저에 의하면, 히트파이프를 컴프레서와 터빈을 연결하는 터보차저 축으로 사용하되, 상기 히트파이프에서 흡열이 이루어지는 증발부를 컴프레서에 접촉 및 결합시키고, 발열이 이루어지는 반대쪽 응축부를 센터 하우징 내 냉각용 오일의 순환부에 위치시켜, 상기 히트파이프가 컴프레서를 매개로 컴프레서 하우징 내 압축공기의 열을 전달받아 오일순환부로 이동시키는 강제 열전달 매개체 역할을 수행하도록 구성됨으로써, 압축공기의 냉각에 의한 엔진 흡입공기의 온도 저하을 이룰 수 있고, 이에 엔진에서의 충전효율이 개선될 수 있으며, 노킹 발생 억제 및 엔진 출력 향상, 흡입공기 온도 저하에 따른 매연 발생량 저감 등의 효과가 있게 된다.As described above, according to the turbocharger using the heat pipe shaft according to the present invention, the heat pipe is used as a turbocharger shaft connecting the compressor and the turbine, and the endothermic portion of the heat pipe is in contact with and coupled to the compressor The condenser on the opposite side, which generates heat, is positioned in the circulation portion of the cooling oil in the center housing so that the heat pipe serves as a forced heat transfer medium that receives heat from the compressed air in the compressor housing and moves it to the oil circulation portion through the compressor. By the configuration, it is possible to achieve a temperature reduction of the engine intake air by cooling the compressed air, thereby improving the charging efficiency in the engine, suppressing the occurrence of knocking and improving the engine output, and reducing the amount of smoke generated by the decrease in the intake air temperature. It will work.

도 1은 통상적인 터보차저 인터쿨러 시스템의 구성을 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional turbocharger intercooler system.

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 터보차저를 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing a turbocharger for an automobile according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 터보차저 110 : 터빈 하우징100: turbocharger 110: turbine housing

111 : 터빈 120 : 컴프레서 하우징111 turbine 120 compressor housing

121 : 컴프레서 130 : 터보차저 축121: compressor 130: turbocharger shaft

131 : 히트파이프 131a : 증발부131: heat pipe 131a: evaporation unit

131b : 응축부 140 : 센터 하우징131b: condenser 140: center housing

143 : 오일통로 144 : 오일순환부143: oil passage 144: oil circulation

145 : 배출통로145: discharge passage

Claims

In a turbocharger for automobiles provided with a turbine that is rotated by exhaust gas in a housing and a compressor that receives the rotational force of the turbine through a turbocharger shaft and sucks and compresses air while rotating at high speed,

The turbocharger shaft is divided into a compressor side shaft and a turbine side shaft, and the compressor side shaft is constituted by a heat pipe, and the heat pipe is axially coupled to be integrally rotatable on the same axis as the turbine side shaft. Automotive turbocharger using heat pipes.

The method according to claim 1,

The heat pipe,

One end of the endothermic evaporator is fixed to the compressor wheel, the other end of the heat generating condensation is coupled to the turbine-side shaft at the point where the oil in the center housing circulates, the automobile uses a heat pipe Turbocharger.